Das Projekt "Cutting Edge Charakterisierung und Technologie für die deutsche PV-Industrie - Teil A: Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Das Projekt 'CUT A' wird der deutschen PV-Industrie auf der Basis des Photovoltaik-Technologie Evaluations Center PV-TEC die schnelle und kosteneffiziente Entwicklung von Cutting-Edge Prozess-Technologie bieten. Im Mittelpunkt des Projektes stehen beidseitig passivierte PERC Solarzellen aus multikristallinem bzw. Czochralski-gezogenem p-Typ Silizium, Im Rahmen dieses Projektes wird diese Zellstruktur- / Material-Kombination auf ein deutlich höheres Wirkungsgradniveau von 20,0% (mc-Si) bzw. 21,5% (Cz-Si) gehoben. Die Planung umfasst die gezielte Modernisierung und Erweiterung der PV-TEC Prozessplattform und eine gezielte Weiterentwicklung der Einzelprozesse. Die Entwicklung des Gesamtprozesses erfolgt durch eine turnusmäßig im 6-Wochen-Rhythmus stattfindende Herstellung von mono bzw. multi-kristallinen PERC-Solarzellen. Hierbei werden parallel (i) die Sicherung einer hohen Güte des Basisprozesses sowie (ii) die Weiterentwicklung des Prozesses hin zu einem für großflächige multikristalline Siliziumsolarzellen bisher nicht erreichten Spitzenwirkungsgrad von 20,0% (mc-Si) bzw. 21,5% (Cz-Si) auf produktionstauglichen Anlagen verfolgt. Die Basistechnologie wird kontinuierlich an die Spitzenergebnisse angepasst.
Das Projekt "Teilvorhaben: 23% PERC+ und POLO-Zellen für zuverlässige SmartWire-Module mit Solarzellprozess-basierten Bypassdioden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. Dieses Projekt hat die Entwicklung von Prozessen zur industriellen Fertigung von Solarzellen mit einem Wirkungsgrad größer 23% und deren Einsatz in Modulen mit SmartWire Verbindungstechnik zur Aufgabe. Insbesondere wird die Metallisierung von PERC Solarzellen auf der Zellvorder- und Rückseite für den Einsatz in SmarWire Modulen weiterentwickelt. Der Umstieg auf die SmartWire Verbindungstechnik reduziert den Metallisierungsgrad der Zellen, was sowohl zu einer Reduktion der Ladungsträgerrekombination an der Zellvorderseite als auch zu einer verbesserten Lichteinkopplung führt. Zusätzlich werden die Zellherstellungskosten durch Umstieg auf eine bifaziale PERC Zelle (PERC+) reduziert und der Rückseitenwirkungsgrad durch neue Prozesse zur Rückseitenpassivierung und der Rückseitentextur weiter gesteigert. Zellbedingte Zuverlässigkeitsaspekte, wie z.B. UV Stabilität der Passivierung und Kompatibilität mit der SmartWire-Technologie, werden mitevaluiert. Um die Modulkosten weiter zu senken, werden Zellprozesse zur Herstellung von Bypassdioden im Modul untersucht. Da nicht absehbar ist, ob diese oder alternative Zellstrukturen wie Zellen mit passivierten Kontakten wie z.B. die Polysilizium-Passivierung (POLO) günstiger für den nächsten Zellevolutionsschritt geeignet sind, werden am ISFH auch passivierte Kontakte untersucht. Solarzellen mit passivierten Kontakten haben ein sehr hohes Wirkungsgradpotential, erfordern aber auch den höchsten Aufwand bei der Integration in vorhandene Produktionslinien.
Das Projekt "Teilvorhaben LPKF SolarQuipment GmbH: Systeme und Prozess für die Laserkontaktöffnung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LPKF SolarQuipment GmbH durchgeführt. Das Teilvorhaben der LPKF SolarQuipment GmbH umfasst die Weiterentwicklung und Optimierung der Prozesse zur Laserkontaktöffnung mit dem Ziel der Optimierung der Rückseitenkontakte sowie die dazugehörige Untersuchung und Optimierung von Maschinenkomponenten sowie deren Integration zu einem Testsystem, an dem die Machbarkeit des produktionstauglichen PERC-Prozesses (Passivated Emitter Rear Cell) bei einem industrierelevanten Durchsatz nachgewiesen werden kann. Abschließend werden Prozess und Testsystem in den PERC-Prozess integriert und dessen Wirtschaftlichkeit untersucht und nachgewiesen. Das LPKF Teilvorhaben gliedert sich in die 3 Arbeitspakete (AP) AP2, AP3 und AP6. In AP2 wird zunächst eine Referenzlaserstrahlquelle und eine Referenzstruktur basierend auf den Untersuchungen am ISHF definiert. Im weiteren werden neue, am Markt verfügbare Laserstrahlquellen hinsichtlich ihrer Eignung für den Prozess geprüft, an der Referenzstruktur getestet und verglichen. In AP3 wird zunächst ein Anforderungsprofil für ein Testsystem unter Berücksichtigung prozess- und industrierelevanter Kriterien auf Basis einer Marktanalyse definiert. Anschließend werden erforderliche Kernkomponenten hinsichtlich ihrer Eignung untersucht, ausgewählt und in ein Testsystem integriert. An diesem Testsystem werden die weitere Prozessentwicklung und -optimierung durchgeführt. In AP6 werden alle neu entwickelten Teilprozesse aus den Arbeitspaketen 1 - 5 auf einen produktionstauglichen PERC-Prozess mit Wirkungsgraden über 21,5% übertragen, dessen Wirtschaftlichkeit überprüft und verifiziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Optimierung von APCVD-Schichten zur selektiven Laserdotierung von PERL-Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gebr. Schmid GmbH durchgeführt. Das Vorhaben hat zum Ziel, Bor- und Phosphor dotierte Glasschichten, die mit unterschiedlichen chemical vapour deposition (CVD) - Technologien abgeschieden worden sind, als Dotierquellen für eine Laserdotierung zu nutzen, bevor der thermische Eintreibeschritt appliziert wird. Diese Prozessabfolge soll dazu genutzt werden, kostengünstige Hochleistungssolarzellen der PERL-Bauart zu entwickeln, die einen wirtschaftlich tragfähigen Herstellungsprozess haben.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellexperimente zur Strömung im Tiegel des Cz-Prozesses" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HZDR Innovation GmbH durchgeführt. Das Fernziel besteht darin, die Strömung im Tiegel bei der Czochralski (Cz)-Kristallzüchtung unter den Parametern des realen Industrieprozesses zu verstehen und numerisch simulieren zu können. Da eine direkte Messung der Strömungsgeschwindigkeiten in der Si-Schmelze nicht verfügbar ist und bestenfalls mit der kontaktlosen Strömungstomographie in einigen Jahren zur Verfügung steht, sind Modellexperimente wesentlich zur Validierung numerischer Simulationen. Diese Modellexperimente sollen möglichst im Bereich der realen Prozessparameter stattfinden und eine umfassende Ausmessung der Strömung erlauben, womit für die Modellschmelze nur Metallschmelzen mit relativ niedriger Schmelztemperatur in Frage kommen. Mit den Arbeiten im Vorhaben sollen systematisch lokale Strömungsgeschwindigkeiten und lokale Temperaturen in Modellexperimenten durchgeführt werden. Die Daten sollen zur Validierung der numerischen Simulationen von Projektpartnern dienen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Analyse und Optimierung der Trenn- und Reinigungsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Center für Silizium Photovoltaik CSP durchgeführt. Das Vorhaben befasst sich mit der Herstellung kostengünstiger Silizium-Substratmaterialien für Hochleistungs-PERC-Solarzellen. Im Teilprojekt 1 (Kristallisation) wird das Quasimono-II-Verfahren weiterentwickelt. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Wachstum versetzungsarmer Einkristalle. Ein weiterer ist die PV-spezifische Entwicklung des Czochralski-Verfahrens. In grundlegenden Untersuchungen sollen PV-relevante Defekte charakterisiert werden. Im Teilprojekt 2 (Trennprozess) steht die Diamantsägetechnologie mit Drähten unter 100 mym Kerndurchmesser im Fokus. Ein Kühlschmierstoff wird entwickelt und es erfolgen Untersuchungen zum Sägeschaden, zum Si-Abtragsverhalten sowie zu den Drahteigenschaften. Der Trennprozess selbst sowie vor- und nachgelagerte Prozessschritte werden untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben ISFH: Entwicklung höchsteffizienter industrieller PERC Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. Das ISFH geführte Teilvorhaben unterstützt das HighPERC Projekt insbesondere bei der Entwicklung neuer, verbesserter Einzelprozesse für hocheffiziente PERC (Passivated Emitter Rear Cell) Solarzellen in enger Kooperation mit den beteiligten Anlagenbauern SINGULUS, LPKF und DEK. Die Anlagenbauer wiederum bringen in das HighPERC Projekt ebenfalls Einzelprozess-Entwicklungen ein sowie zum Teil auch die Entwicklung von neuen Prozessanlagen. Das ISFH unterstützt die Prozessentwicklungen der Anlagenbauer und entwickelt selbst einen hochwertigen, in Teilen laborartigen PERC Referenzprozess mit Wirkungsgraden bis 22,0% als Benchmark und Entwicklungsplattform für die industriellen Fertigungsprozesse. Während der HighPERC Projektlaufzeit sollen alle neu entwickelten Produktionsprozesse in einen produktionsreifen PERC Gesamtprozess integriert werden sowohl für monokristalline als auch multikristalline Silizium Wafer mit Wirkungsgraden bis 21,5%. Das ISFH Teilvorhaben gliedert sich in 6 Arbeitspakete (AP). In AP1 entwickelt das ISFH in Kooperation mit SINGULUS und Stangl neue nasschemische Politur- und Reinigungsprozesse sowie ICP PECVD Abscheideprozesse zur Oberflächenpassivierung von industriellen PERC Solarzellen. In AP2 und AP3 unterstützt das ISFH LPKF bei der Entwicklung neuer Laserprozesse für die Kontaktöffnung von PERC Solarzellen sowie bei der entsprechenden Anlagenentwicklung. In AP4 entwickelt das ISFH gemeinsam mit DEK neue Feinliniendruck Prozesse für hohe Wirkungsgrade und einen geringen Ag Verbrauch. Der industrienahe, hocheffiziente PERC Referenzprozess des ISFH wir in AP5 weiter optimiert mit Wirkungsgraden bis 22,0%. In AP6 werden dann die neuen Produktionsprozesse aus AP1 - 4 auf den PERC Referenzprozess aus AP5 übertragen zu einem produktionstauglichen PERC Prozess mit Wirkungsgraden über 21,5%.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erarbeitung der Grundlagen für einen schädigungsarmen Säge- und Vereinzelungsprozess für Quasi-Mono-Silizium (II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. Das Vorhaben befasst sich mit der Herstellung kostengünstiger Silizium-Substratmaterialien für Hochleistungs-PERC-Solarzellen. Im Teilprojekt 1 (Kristallisation) wird das Quasimono-II-Verfahren weiterentwickelt. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Wachstum versetzungsarmer Einkristalle. Ein weiterer ist die PV-spezifische Entwicklung des Czochralski-Verfahrens. In grundlegenden Untersuchungen sollen PV-relevante Defekte charakterisiert werden. Im Teilprojekt 2 (Trennprozess) steht die Diamantsägetechnologie mit Drähten unter 100 mym Kerndurchmesser im Fokus. Ein Kühlschmierstoff wird entwickelt und es erfolgen Untersuchungen zum Sägeschaden, zum Si-Abtragsverhalten sowie zu den Drahteigenschaften. Der Trennprozess selbst sowie vor- und nachgelagerte Prozessschritte werden untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Magnetfeldmessungen an einer industriellen Cz-Züchtungsanlage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf, Institut für Fluiddynamik durchgeführt. Die Fertigung von Hochleistungsmodulen bleibt nach wie vor Kern der Entwicklungsstrategie der SolarWorld AG. Dabei soll das Potential der PERC Technologie ausgenutzt werden, die neue Anforderungen an den PV Wafer stellt, dessen Eigenschaften hauptsächlich während des Kristallisationsprozesses bestimmt werden. Daher sind die Verbesserung von Kristallqualität und Ausbeute bei der Czochralski (Cz)-Kristallzüchtung von PV-Silizium ein zentrales Anliegen, wozu ein online Monitoring der mittleren Strömungsgeschwindigkeit extrem wertvoll wäre. Aufgrund der hohen Temperaturen und der geforderten Reinheit der Siliziumschmelze gibt es bisher weltweit keine Strömungsmessungen im Tiegel einer in der Industrie eingesetzten Cz-Kristallzüchtungsanlage. Die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT) hat das Potential zur Strömungsmessung der Schmelze im Cz-Tiegel, da sie mit Hilfe von Magnetfeldern die mittlere dreidimensionale Strömung in Schmelzen kontaktlos messen kann. Das Fernziel des Teilvorhabens besteht daher darin, CIFT für eine online-Strömungsmessung in der Cz-Kristallzüchtung zu entwickeln und zum Einsatz zu bringen. Allerdings muss CIFT für diese Anwendung speziell adaptiert werden, wobei die Herausforderung bei dieser Messung in der robusten Detektion der sehr kleinen strömungsinduzierten Verzerrung des angelegten Magnetfeldes liegt. Zusätzlich wird in enger Kooperation mit der HZDR-Innovation GmbH (HZDRI) ein Experiment zur Modellierung der Strömung im Tiegel aufgebaut, da die HZDRI nicht über die nötige Infrastruktur verfügt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anlagen und Technologieentwicklung für Hocheffizienzzellen und SmartWire Zellverschaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Meyer Burger (Germany) GmbH durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens NEXTSTEP ist es, kristalline Silizium-Solarzellen mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite (PERC), die gegenwärtig in den Massenmarkt integriert werden, in ihrer Effizienz bei Verwendung von für die Massenproduktion nutzbaren Prozessen bis zu 23% zu steigern. Wege dazu sind die busbarlose Zellkontaktierung (SmartWire-Technologie) zur Verringerung der Reflexions- und Rekombinationsverluste der Zellvorderseite, der Umstieg auf eine bifaziale PERC Zelle (PERC+) und neue Prozesse zur Rückseiten-Passivierung und -Textur zur Effizienzsteigerung und damit verbundener Reduzierung der Stromgestehungskosten. Detallierte Materialanalysen charakterisieren Wachstumsmechanismen und optimieren Abscheideprozesse. Untersuchungen zur UV Stabilität der Passivierung und zur Kompatibilität mit der SMARTWire-Technologie optimieren die Lebensdauer der PV Anlagen. Alternative Zellstrukturen wie Zellen mit passivierten Kontakten werden ebenfalls untersucht, da sie ein sehr hohes Wirkungsgradpotential aufweisen. Jedoch erfordern sie auch den höchsten Aufwand bei der Integration in vorhandene Produktionslinien.
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